弱力衰变：粒子的身份危机

在上一篇文章中谈到了弱力只与特定自旋的粒子相互作用。在这篇文章中，我想谈谈粒子通过弱力衰变的方式。

在量子世界中存在三种已知的力， 它们是强力、弱力和电磁力。每种力都由一个或多个称为玻色子的粒子传递。 对于强力，这个粒子就是胶子；对于弱力，它们是W和Z玻色子；对于电磁力，它是光子。因此，让我们看看当一个粒子发射另一个粒子时会发生什么。

如果一个顶夸克发射一个光子，它会继续作为一个顶夸克，粒子在发射期间不会改变其身份。在电磁相互作用之前和之后，粒子是相同的。现在让我们看看在强相互作用过程中会发生什么。同一个顶夸克可能会放出一个胶子，并继续作为顶夸克。因为胶子带有色荷，所以顶夸克会改变颜色，比如从红色变为蓝色。这里的关键点在于，胶子发射前后的粒子是同一个粒子。

接着，让我们看看当发生由弱力控制的粒子发射时会发生什么？传递弱力的粒子有两种：W和Z玻色子。先看看发射Z玻色子的情况，当顶夸克发射 Z 玻色子时，它仍然是顶夸克。但是当顶夸克发射出一个W粒子时，会发生一些非常不同的事情。在发射之前，我们有一个顶夸克，在发射之后，我们看到一个底夸克和一个W玻色子。

弱力改变了粒子的身份，这种行为是弱力所独有的。除了顶夸克之外，底夸克也可以发射 W 玻色子并形成粲夸克，粲夸克可以发射W玻色子并形成奇夸克或下夸克。在轻子方面，τ轻子可以发射W玻色子并产生τ中微子；μ子通过发射W玻色子并产生μ子中微子。

夸克和轻子可以通过多种方式改变它们的味道，但只有当涉及到弱力并且只有发射W玻色子时才会发生。那么，为什么只有与W玻色子的相互作用才能改变味道？为什么Z玻色子就不行呢？ 让我们探讨一下。

Z玻色子的电荷为零，这意味着当它被发射时，发射粒子不能改变其电荷。顶夸克、粲夸克和上夸克都具有相同的电荷，具体来说是2/3，而底夸克、奇夸克和下夸克也都具有相同的电荷，这次电荷为-1/3。三个轻子τ、μ子和电子都带有-1的电荷。

前面说过顶夸克发射Z玻色子并保持其味道是可以的，这对所有其他粒子也是如此。但是对于像顶夸克发射Z玻色子并变成粲夸克这样的情况，好像也没有违反什么定律，这似乎是可能的。 科学家们为此起了个名字，称之为味道改变中性流(FCNC)，因为粒子身份改变了但电荷不变。

那么FCNC是否被观察到？并没有，1970年，Sheldon Glashow、John Illiopolous和Luciano Maiani 能够证明，如果夸克成对出现（一个电荷为 2/3，另一个电荷为-1/3），味道改变中性流是被禁止的。

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由于在标准模型中基本上不可能出现改变味道的中性流，因此有一些科学家一直在寻找它们。如果观察到它们，那就是发现超出标准模型的新事物。不幸的是，到目前为止，还没有足够的运气发现它们。